Temperatureinflüsse minimieren

Höchste Varianz und Flexibilität bei Membranmaterialien, Prozessanschlüssen (hygienische Prozessanschlüsse mit 3A, EHEDG, FDA) und verschiedene volumenoptimierte Anbindungsmöglichkeiten (z. B. Kompakt, mit Temperaturentkoppler oder mit Kapillare) ermöglichen einen vielfältigen Einsatz der Druckmittler. Dabei sind jedoch verschiedene Besonderheiten des Druckmittlersystems zu beachten, die Einfluss auf die Messwertgenauigkeit haben können.

Grundsätzlich gilt bei der Auswahl eines Druckmessgerätes weiterhin: Wenn technisch möglich, sollte immer auf Systeme ohne Druckmittler zurückgegriffen werden. Ein Beispiel sind ölfreie, keramische Messzellen, die mit hygienischen Prozessanschlüssen sehr robust, absolut kondensatfest und für den Einsatz bei Prozesstemperaturen bis zu 150 °C gut geeignet sind. Zudem erlauben sie, einen Membranbruch sofort zu detektieren und somit die Produktsicherheit in den Prozessen zu erhöhen. Bietet der Einsatz von Druckmittlern Vorteile bei der Instrumentierung, oder muss aus technischen Gründen darauf zurückgegriffen werden, so sollte ein Druckmittlersystem mit möglichst geringem Temperaturfehler gewählt werden.

Bei der Messung mit einem Druckmittler wirkt der Betriebsdruck auf die Prozessmembran des Druckmittlers. Der Druck auf die Membran wird über das nicht kompressible Druckmittlerfüllöl auf die Sensormembran des eigentlichen Messgerätes übertragen.

Vergleicht man ein Gerät mit und eins ohne angebauten Druckmittler, so lässt sich feststellen, dass das Ölvolumen im Druckmittler das des Grundgerätes um ein vielfaches überschreitet. Je länger der Entkoppler (z. B. die Kapillare), umso höher ist das Ölvolumen. Dadurch sind Druckmittlersysteme grundsätzlich empfindlich gegen Temperaturänderungen. Das liegt am temperaturabhängigen Ausdehnungsverhalten des eingesetzten Öls. Wird das Öl stark erwärmt, so dehnt es sich innerhalb des Druckmittlers aus und erzeugt einen Druck auf den Sensor – dieser Druck ist der Auslöser für den Temperaturfehler des Druckmittlers. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, gibt es zwei Möglichkeiten: Das Ölvolumen so gering wie möglich zu halten und/ oder die Membran konstruktiv so zu gestalten, dass sie das zusätzliche Ölvolumen aufnehmen kann, ohne eine Rückstellkraft auf den Sensor aufzubringen. Hierbei spricht man von der Steifigkeit einer Membran. Je geringer die Steifigkeit einer Membran, desto höher ist die Genauigkeit bei Temperaturänderungen.

Ein Ansatzpunkt für die Präzisierung und Zuverlässigkeit der Messergebnisse ist die Optimierung der Membran. Mit der Temp-C-Membran (Temperature Compensation) hat Endress+Hauser eine Membran mit möglichst geringer Steifigkeit entwickelt. So können die Temperatureinflüsse auf die Druckmessung minimiert werden. Doch was unterscheidet die Temp-C-Membran von einer herkömmlichen Membran? Die Temp-C-Membran weist ein eher untypisches Verhalten bei Auslenkungen auf: anders als bei herkömmlichen Membranen, verhält sie sich besonders flexibel, wenn sie ausgelenkt wird. Sie kann bei temperaturabhängiger Ausdehnung des Öls im System mehr Volumen aufnehmen, ohne dabei eine Rückstellkraft auf den Sensor zu erzeugen. Das ermöglicht ein genaues und zuverlässiges Messsignal – unabhängig von Temperaturschwankungen. Bisher konnten nur mit großen Membranen – und somit auch großen Prozessanschlüssen – hohe Genauigkeiten erreicht werden. Mit der speziell für hygienische Anwendungen entwickelten Temp-C-Membran können nun auch sehr kleine Prozessanschlüsse bedenkenlos realisiert werden. Das ermöglicht zum einen den problemlosen Einsatz z. B. in Rohrleitungen mit kleinen Nennweiten, zum anderen senkt es die Kosten bei der Beschaffung erheblich. Vergleicht man herkömmliche Membranen mit der Temp-C-Membran, so weist diese nach Angaben des Herstellers eine bis zu 14 Mal höhere Genauigkeit auf.

Üblicherweise bilden sich durch die einzelnen Verarbeitungsschritte der Edelstahlmembran, wie zum Beispiel Schweißen und Prägen, Verspannungen im Metallgefüge. Für die Temp-C-Membran konnte Endress+Hauser Schweiß- und Prägeprozesse entwickeln, die eine optimierte Ver- und Bearbeitung der Membran ermöglichen. Die Membran verlässt die Produktion spannungsfrei und weist keinerlei Inhomogenitäten in ihrem Gefüge auf. Zudem bietet die Befüllung der Druckmittler bei Endress+Hauser bislang einzigartige Möglichkeiten: Für jeden einzelnen Druckmittler wird die optimale Ölmenge individuell bestimmt und befüllt. Dies erfolgt über eine Tiefziehanlage, welche die Membran in ihre optimale Position bringt.

Bei der Herstellung von Lebensmitteln liegt ein besonderes Augenmerk auf den Reinigungs- und Sterilisationsprozessen. Gerade bei den CIP- und SIP-Verfahren muss sichergestellt werden, dass die vorgegebenen Temperaturen und Drücke sicher erreicht werden, um den Anforderungen an die Hygienestandards gerecht zu werden. Die Messtechnik ist dabei großen Temperatursprüngen, Temperaturänderungen und Lastwechseln ausgesetzt. Unter diesen besonderen Bedingungen bieten Druckmittlersysteme mit einer verlässlichen Membran wie Temp C höchste Sicherheit im Produktionsprozess durch ein stabiles und verlässliches Messergebnis.

Halle 11, Stand C39

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Marketing Managerin Druckmesstechnik,

Endress+Hauser